光纖通信技術分題型期末考試復習

1、 光纖通信 分題型復習 前言 水平有限，僅供參考。如有錯誤，敬請糾正。（1） 選擇填空判斷或名詞解釋第一章1、 利用光導纖維傳輸光波信號的通信方式稱為光纖通信。2、 屬于光波范圍之內的電磁波主要包括紫外線、可見光和紅外線。目前光纖通信使用的工作波長0.85m（損耗2dB/km）,1.31m（損耗0.5dB/km）和1.55m（損耗0.2dB/km）（0.81.8m），對應的頻率是167375THz。3、 光纖通信系統(tǒng)的形式：強度調制/直接檢波（IM/DD），主要由光發(fā)射機，光纖，光接收機，及光中繼器組成。（光發(fā)射機將電信號轉化成光信號耦合進光纖，光接收機將光信號轉換成電信號，中繼器分為光-電-

2、光和光層上直接進行放大的光放大器）。4、 光纖通信優(yōu)越性：1、傳輸頻帶寬，通信容量大，2、傳輸損耗小，中繼距離長。3、抗電磁干擾能力強。4、光纖細，重量輕，制作資源豐富。第二章1、 外層的折射率比內層低。折射率高的叫纖芯，其折射率為n1，直徑為2a，折射率低的叫包層，其折射率為n2，直徑為2b。n1>n2。2、 光纖的分類：1、按光纖橫截面折射率分布不同：階躍型光纖（均勻光纖）和漸變型光纖（非均勻光纖）。2、按纖芯中的傳輸模式:單模光纖 (直徑較小，為410m，纖芯較小，適合于大容量，長距離)，多模光纖（直徑約為50m，傳輸多種模式）3、 反射定律：1=1'，反射角=入射角。折射

3、定律：n1 sin1=n2 sin2 。4、 全反射的條件： n1>n2； c<1<90º 。5、 弱波導光纖： 。6、 數值孔徑:光纖捕捉光射線能力的物理量 ，用NA表示。7、 全反射形成導波的條件： ，是入射角。8、 漸變型光纖的本地數值孔徑：，9、 光纖的自聚焦：漸變型光纖中，不同射線具有相同的軸向速度的現象。10、 截止：光纖中出現了輻射模時，即認為導波截止。11、 0<V<2.40483是階躍型光纖的單模傳輸條件。歸一化公式：。12、 階躍型光纖的傳輸模數量：。漸變型光纖的傳輸模數量：。13、 單模光纖的特性參數：衰減系數，單位dB/km。14

4、、 其他常用單模光纖：1、色散位移單模光纖：在1.55m處損耗最小（最小為0.2dB/km）在1.31m時色散系數趨于零。2、非零色散光纖:工作波長在1.541.565m，此區(qū)域色散值最小 3、色散平坦光纖：在整個光纖通信的長波段都保持低色散。4、色散補償光纖：利用一段光纖來消除由于色散使得光脈沖發(fā)生的展寬的畸變。15、 光纖的損耗特性：吸收損耗和散射損耗。1、吸收損耗又分為本征吸收和雜質吸收。2、本征吸收有兩個吸收帶：紫外吸收帶和紅外吸收帶。3、散射損耗分為線性或非線性。4、線性散射損耗主要包括瑞利散射和材料不均勻散射，非線性散射主要包括：受激拉曼散射和受激布里淵散射。16、 受激光散射效應

5、是由于光纖材料等的缺陷，有可能使得光纖通過介質時發(fā)生散射；或當輸入光功率很強時，任何介質對光的響應都是非線性的。第三章1、 半導體光源：半導體激光器，半導體發(fā)光二極管。2、 光量子（光子）：E=hf；費米能級：電子占據各個能級的概率是不等的，占據低能級的電子多，占據高能級的電子少。（外層電子數多，能量少，內層電子數目少，能量高）。3、 激光器的工作原理：受激輻射必須大于受激吸收。粒子反轉分布狀態(tài)是使物質產生光放大的必要條件。激光振蕩器包括以下三個部分：能夠產生激光的工作物質，能夠使工作物質處于粒子數反轉分布狀態(tài)的激勵源，能夠完成頻率選擇及反饋作用的光學諧振腔。4、 激光器的參量：平均衰減系數（

6、放大的光能要足以抵消腔內的損耗）、增益系數、閾值條件。5、 光源的要求：1、光源的發(fā)光波長應符合光纖的低損耗窗口2、能長時間連續(xù)的工作3、與光纖的耦合效率高。4、光源的譜線寬度窄。5、壽命長，工作穩(wěn)定。6、 P-N結外加正偏壓后的能帶分布：N區(qū)點子多，能量低，P區(qū)電子少，能量高。7、 半導體激光器的閾值特性，當I大于閾值電流才發(fā)出激光，I小于閾值電流發(fā)出的是熒光。溫度特性，閾值電流隨著溫度的升高而加大。8、 I層：在P型材料和N型材料之間加一層輕摻雜的N型材料（摻了低濃度的+3價）加速作用。9、 光檢測器的特性：響應時間:光電流隨入射光信號變化的快慢。暗電流：在無光的情況下，光電檢測器輸出的電

7、流。10、 光纖拉曼放大器通常采用反向泵浦方式，可以分為分立式RFA和分布式RFA。其工作原理是基于非線性光學效應。11、 光纖式定向耦合器參數：隔離度A：A1,4=-10lg(P4/P1)(dB),一般情況下要求A>20dB。插入損耗L=-10lg（(P2+P3)/P1)。一般情況下要求L0.5dB。分光比T等于兩個輸出端口的光功率之比即為P3/P2。12、 光隔離器的基本原理是法拉第旋轉效應。13、 波長轉換器的功能：能夠使信號從一個波長轉換到另一個波長的器件。14、 波分復用器（WDM）：在一根光纖中能同時傳輸多波長光信號的技術。第四章1、 強度調制-直接檢波IM-DD，在光通信系

8、統(tǒng)中無法傳輸HDB3碼。HDB3有三種狀態(tài)。2、 對光發(fā)射機的要求：(1)光源的發(fā)光波長要合適，與0.85m、1.31m、1.55m三個波長相適應。(2)合適的輸出光功率（3）較好的消光比：EXT=全0碼時的平均輸出功率/全1碼時的平均輸出功率，一般要求EXT10.(4)調制性好3、 光中繼器 接收機+發(fā)射機4、 激光器的譜線特性：普通激光器工作在直流或低碼速的情況下，具有良好的單縱模（單頻）譜線。5、 接收機噪聲：散粒噪聲和熱噪聲。第五章1、 SDH網是由一些SDH的網絡單元組成的，在光纖上進行同步信息傳輸、復用、分插和交叉連接的網絡。2、 網絡節(jié)點接口是表示網絡節(jié)點的接口，同步數字體系的速

9、率最為基礎的模塊信號STM-1其速率是155.520Mbit/s，更高等級的STM-N信號速率是STM-1的N倍，N=1,4,16,54,256等。3、 一般幀結構分為3個區(qū)域：段開銷(SOH)區(qū)，信息凈負荷區(qū)和管理單元指針（AU-PTR），段開銷：為了保證信息正常傳送而供網絡運行、管理和維護所使用的附加字節(jié)。信息凈負荷區(qū)：用于通道監(jiān)視，管理和控制的通道開銷組成。管理單元指針：用來指示凈負荷中信息起始字節(jié)的位置。9*270*8/125*10-6=155.5204、 SDH的特點：SDH網絡由一系列的SDH網元（NE）組成的，有全世界統(tǒng)一的網絡節(jié)點接口，有一套標準化的信息結構等級，有一種塊狀幀結

10、構，有一套特殊的復用結構。5、 STM-N幀結構的過程都必須經過映射、定位和復用三大關鍵步驟。SDH復用結構由一系列復用單元組成，常用的有容器(C)主要完成PDH與VC之間的適配功能、虛容器(VC)用來支持SDH通道層連接的信息結構、支路單元(TU)為低階通道層和高階通道層提供適配功能、管理單元(AU)用來指示該高階VC在STM-N中的位置6、 SDH光傳輸系統(tǒng)結構分為點到點鏈狀線路系統(tǒng)和環(huán)路系統(tǒng)。SDH網元有終端復用器，分叉復用器，DXC數字交叉連接器，再生中繼器。7、 SDH傳送網分層分為電路層網絡，通道層網絡，傳輸媒質層網絡。8、 SDH網絡的保護自愈功能，它是指當網絡出現故障時，能夠在

11、無需人為干預的條件下，在極短的時間內從失效狀態(tài)自動恢復所攜帶的業(yè)務。有兩種方式，(1)自動線路倒換：最為簡單的自愈形式，其結構有兩種，即1n與1+1兩種。(2)環(huán)路保護。9、 SDH網同步方式有主從同步方式、相互同步方式和準同步方式，大都數國家采取主從同步方式。10、 時鐘電路的工作模式可以分為正常工作狀態(tài)、保持工作模式和自由運行狀態(tài)3種狀態(tài)模式。11、 當頻率>10HZ時的隨機變化被稱為抖動，反之為漂移。第六章1、 光監(jiān)控信道的接口參數：監(jiān)控波長：1510nm。2、 波分復用結構：利用波長分割原理，將不同的SDH信號賦予不同的中心波長，這樣不同波導可以同時共用一根光纖進行信息的傳輸。3

12、、 WDM網絡的關鍵設備有 (1)光差分復用器OADM(2)光數字交叉連接器OXC(3)光終端復用器OTM。光傳送網分為光通道(OCH)層、光復用段(OMS)層和光傳輸斷(OTS)層4、 OADM的功能：波長上、下話路的功能、具有波長轉換的功能、具有光中繼放大的功率平衡的功能、提供復用段和通道保護倒換功能、具有多業(yè)務接入功能。5、 OXC的實現方式：光線交叉連接、波長交叉連接和波長轉換連接。6、 影響波分復用系統(tǒng)性能的因素，除系統(tǒng)性能的因素外，有：制作技術和成本限制、串擾影響、穩(wěn)頻、阻塞特性。7、 目前出現的1.6Tbit/s WDM系統(tǒng)中采用波長間插技術，使用C+L波段160個波長，其相鄰波

13、長間隔為50GHz。8、 OTN（光傳送網）3種保護方式：線性保護、子網連接保護（ODUk SNC）和共享保護環(huán)。9、 WDM對光源和光電檢測器的要求：一：對光源的要求：(1)激光器的輸出波長保持穩(wěn)定(2)激光器應具有比較大的色散容納值(3)采用調制技術。二：對光檢測器的要求：應具有多波長檢測能力。10、 為什么全波段EDFA結構中，有兩個放大器：C波段的EDFA具有體積小，功耗低，可靠性高的特點；L波段的EDFA是專門為L波段應用設計的，通過光學結構的優(yōu)化設計，使其各項技術指標已完全達到C波段的EDFA，并且在產品結構上采用和C波段EDFA完全兼容的機械結構、電器接口和通信接口，從而實現C+

14、L全波段EDFA產品。11、 波長通道（WP）機制和虛波長通道（VWP）機制的區(qū)別：WP是光通路上的OXC節(jié)點沒有波長轉換功能，因此某一光通道中的不同光復用段必須使用相同的波長；VWP是光通道上的OXC節(jié)點具有波長轉換功能，因此一個光通道中的各光復用段可以占用不同的波長。第七章1、 寬帶城域網三種分層：核心層、匯聚層和接入層。2、 POS（IP over SDH）是通過SDH提供的高速傳輸通道來直接傳送IP分組。特點：保留了因特網的無連接特性，簡化了網絡體系結構，提高了傳輸效率，降低了成本，易于容易兼容。符合Internet業(yè)務的特點。能利用SDH技術本身的環(huán)路自愈功能進行鏈路保護。僅對IP業(yè)

15、務提供良好的服務。3、 POW（IP over WDM）是光纖直接與光耦合器相連，耦合器把各波長分開或組合，輸入和輸出端都用簡單的光纖連接器。特點：簡化了層次，減少了網絡設備和功能重疊，從而降低了網管復雜程度。充分利用了光纖的寬帶資源。對傳輸碼率、數據格式及調制方式透明。4、 一般PON的結構有樹型、星型、環(huán)型、總線型等幾種。5、 OLT、ONU：核心服務塊、服務功能塊、通用功能塊。6、 ODN（光配線網）位于OLT和ONU之間。7、 測距的目的：要求補償因各ONU和OLT之間的距離不同，而帶來的延時差異，而時到達OLT的邏輯距離一樣。8、技術性能EPONGPON傳輸層協(xié)議IP/Etherne

16、tATM/GEM下行復用技術TDMTDM上行復用技術TDMATDMA最高傳輸速率12502500、25001250最大分路比132164 11289、 MSTP是指能夠同時實現TDM、ATM、以太網業(yè)務的接入、處理和傳送功能，并能提供統(tǒng)一網管的、基于SDH的平臺。級聯是一種組合過程，通過將幾個C-n的容器組合起來，構成一個大的容器來滿足數據業(yè)務傳輸的要求。虛級聯只要求源節(jié)點和目的節(jié)點具有級聯功能。 第八章1、 分組傳送網（PTN）是一種能夠面向連接，以分組交換為內核的承載電信級以太業(yè)務為主，兼容TDM 、ATM等業(yè)務的綜合傳送技術。2、 PTN網元的功能模塊由傳送平面、控制平面、管理平面構成的

17、。3、 MPLS(多協(xié)議標簽交換)第九章1、 ASON（智能光網絡）核心是控制平面。2、 ASON控制平面的基本功能：資源發(fā)現、路由控制、連接管理、連接恢復。3、 全光網是指網絡中用戶與用戶之間的信號傳輸與交換全部采用光波技術。4、 全光網的關鍵技術：光交換技術（電路交換（空分光交換）和分組交換）。（2） 名詞解釋第一章1、 光網絡的基本概念：基于光纖的電信網。2、 OTM（光終端復用器）、OADM(光分插復用器)、OXC（光數字交叉連接器）、ONN（光網路節(jié)點）。3、 MSTP技術：基于SDH的多業(yè)務傳送平臺。ASON技術：智能光網絡技術。PON技術：以太網光網絡技術。第二章1、光纖的非線性

18、效應：在強光場的作用下，光波信號和光纖介質相互作用的一種物理效應。包括：1、散射作用引起的（受激拉漫、受激布里淵散射）2、光纖折射指數隨光強變化而引起的（自相位調制，交叉相位調制，四波混頻）。2、自相位調制：把光脈沖在傳輸過程中由于自身引起的相位變化而導致光脈沖頻譜展寬。 交叉相位調制：由光纖中某一波長的光強對同時傳輸的另一不同波長的光強所引起的非線性相移。四波混頻：當多個頻率光波以較大的功率在光纖中同時傳輸時，由于光纖中非線性效應的存在，光波之間會產生能量交換。第三章1、 半導體光電效應：光照射到半導體的P-N結上，使半導體材料中價帶電子吸收光子的能量，從價帶越過禁帶到達導帶，在導帶中出現光

19、電子，在價帶中出現光空穴，總稱光生載流子。光生載流子在外加負偏壓和內建電場的共同作用下，在外電路中出現光電流，這就實現了輸出電信號隨輸入光信號變化的光電轉換作用。2、 雪崩倍增效應：光生的電子-空穴對經過APD的高電場區(qū)時被加速，從而獲得足夠的能量，它們在高速運動中與P區(qū)晶格上的原子碰撞，使晶格中的原子電離，從而產生新的電子-空穴對，稱為二次電子-空穴對，新產生的二次電子和空穴在高電場區(qū)里運動時又被加速，又可能碰撞別的原子，這樣多次碰撞電離的結果，使載流子迅速增加，反向電流迅速加大，形成雪崩倍增效應。3、 波分復用器（WDM）：在一根光纖中能同時傳輸多波長光信號的技術。第四章1、 模分配噪聲：

20、在接收端取樣點得到的取樣信號有強度的起伏，引入了附加噪聲。2、 接收機靈敏度：在滿足給定誤碼率(BER=1*10-10)條件下，光接收機能夠接收到的最小平均光功率。第五章1、 誤塊（EB）：當同一塊內的任意比特發(fā)生差錯時，則認為該塊出現差錯。2、 誤塊秒比（ESR），嚴重誤塊秒比（SESR），背景誤塊比（BBSR）。第六章1、 光傳送網(OTN)是以波分復用技術(WDM)技術為基礎、在光層組織網絡的傳送網。2、 光波分復用的概念：將兩種或多種各自攜帶有大量信息的不同波長的光載波信號，在發(fā)射端經復用器匯合，并將其耦合到同一根光纖中進行傳輸，在接收端通過解復用器對各種波長的光載波信號進行分離，然后

21、由光接收機作進一步的處理，使原信號復原。3、 DWDN是密集波分復用的英文縮寫。DWDM系統(tǒng)是一種波長間隔只有0.82nm的WDM系統(tǒng)，甚至小于0.8nm。4、 WDM網絡的關鍵設備有 (1)光差分復用器OADM(2)光數字交叉連接器OXC(3)光終端復用器OTM。光傳送網分為光通道(OCH)層、光復用段(OMS)層和光傳輸斷(OTS)層。5、 GMP：基于多種帶寬顆粒的通用映射規(guī)程。6、 光通道網絡：基于波長路由的網絡。第七章1、 目前計算機網可分為局域網(LAN)、城域網(MAN)和廣域網，IP over SDH（POS）、IP over WDM(POW)、IP over OTN、吉比特以

22、太網(GE)技術。2、 MSTP（基于SDH的多業(yè)務傳送平臺）3、 光接入網（OAN）是指以光纖作為傳輸媒體來取代傳統(tǒng)的雙絞線接入網。電信號轉換為光信號由OLT完成，光信號轉換成電信號由ONU完成。ONU靠近用戶側，OLT靠近網絡側。4、 OAN分為：光纖到路邊（FTTC）、光纖到大樓（FTTB）、光纖到戶（FTTH）。5、 GFP（通用成幀）：一種先進的數據信號適配、映射技術。（3） 簡答題第二章1、光纖的色散:不同頻率和不同模式的光在光纖中傳播時有不同的傳播速度，將會引起波形在時間上發(fā)生了展寬。色散的大小用色散系數表示，單位為：ps/kmnm。模式色散：光纖中的不同模式，在同一波長下傳輸，

23、各自的相位常數不同。材料色散：由于光纖材料本身的折射指數和波長呈非線性關系，從而使光的傳播速度隨波長而變化。波導色散：光纖中同一模式在不同的頻率下傳輸時，其相位常數不同。材料色散和波導色散都屬于頻率色散。在多模光纖中，頻率色散和模式色散都存在；而在單模光纖中，只存在頻率色散。第三章1、 光和物質的相互作用：（1）自發(fā)輻射:發(fā)光過程，處于高能級的電子在未受到激發(fā)的情況下自發(fā)的產生躍遷，發(fā)射出一個能量為hv的光子。特點：、是自發(fā)躍遷。、光子頻率不同，范圍很寬。、發(fā)射方向和相位不同，是非相干光。（2）受激吸收：在外來光子的激發(fā)下，低能級上的電子吸收了外來光子的能量，而躍遷到高能級上。特點：、必須在外

24、來光子的激發(fā)下產生，是受激躍遷。、外來光子的能量等于電子躍遷的能級之差。、消耗外來能量的過程。（3）受激輻射：發(fā)光過程受到外來光子的激發(fā)而躍遷到低能級而E1時，放出一個能量為hv的光子。特點：、外來光子的能量等于躍遷的能級之差。、發(fā)射出的光子與外來光子頻率，相位，偏振方向的傳播方向都相同，是全同光子。、可以使光得到放大。2、 諧振腔如何產生激光振蕩？當工作物質在泵浦源的作用下變?yōu)榱思せ钗镔|以后，即有了放大作用。如果被放大的光有一部分能夠反饋回來再參加激勵，這就相當于電路中用正反饋實現振蕩，這時被激勵的光就產生了振蕩，滿足一定條件后，即可發(fā)出激光。3、 激光的產生？當P-N結上外加正向偏壓足夠大

25、時，使得結區(qū)處于粒子數反轉分布狀態(tài)，即出現受激輻射大于受激吸收的情況，可產生光的放大作用。被放大的光在由P-N結構成的光學諧振腔中來回反射，不斷增強，當滿足閾值條件后，即可發(fā)出激光。4、 摻鉺光纖放大器（EDFA）的結構及其作用：光耦合器是將輸入光信號和泵浦光源輸出的光波混合起來的無源光器件。光隔離器是防止光影響光放大器的工作穩(wěn)定性，保證光信號只能正向傳輸的器件。摻鉺光纖是一段長度為10100mW的摻鉺石英光纖。泵浦光源為半導體激光器，輸出光功率為10100mW，工作波長為0.98um。光濾波器的作用是濾除光放大器的噪聲，降低噪聲對系統(tǒng)的干擾，提高系統(tǒng)信噪比。摻鉺光纖放大器（EDFA）的主要特

26、點：1、工作波長與光纖最小損耗窗口一致。2、對摻鉺光纖進行激勵的泵浦功率低。3、增益高，噪聲低，輸出功率高。4、連接的損耗低。三種泵浦方式：同向，反向，雙向。摻鉺光纖放大器（EDFA）的工作原理：摻鉺光纖在泵浦光源（0.98um更好）的作用下產生受激輻射，而且所輻射的光隨著輸入光信號的變化而變化，這就相當于對輸入光信號進行了放大。摻鉺光纖放大器（EDFA）的噪聲系數：F=放大器的輸入信噪比/放大器的輸出信噪比。第四章1、 光發(fā)射機結構：直接調制時(1)均放：補償衰減的電平和均衡畸變的波形 (2)碼型變換：將雙極性碼變成單極性碼(3)復用：是指利用一個大的傳輸信道來同時傳送多個低容量的信道以及開銷信息的過程(4)擾碼：是為了避免出現長連0和長連1